认知卸载Cognitive Offloading

认知卸载Cognitive Offloading

https://samgilbert.net/pubs/Risko2016TiCS.pdf

如果你曾经倾斜头部来感知旋转的图像，或者为智能手机编程以提醒你即将到来的约会，那么你就已经参与了认知卸载：即使用物理行动来改变任务的信息处理需求，从而减少认知负荷。尽管这类行为无处不在，但直到最近它才成为系统性研究的对象本身。我们回顾了来自多个领域的研究，聚焦于两个主要问题：(i) 什么机制触发了认知卸载，以及 (ii) 这种行为会产生什么认知后果？我们提供了一个新颖的元认知框架，整合了来自不同领域的结果，并为未来研究提出了方向。

趋势

• 物理行动有时被用来减少任务的认知需求。这被称为认知卸载。

• 近期研究已开始调查触发认知卸载的过程，以及这种行为的认知后果。

• 卸载认知的倾向受到内部认知需求的影响，否则这些需求将是必要的。

• 它也受到对我们心智能力的元认知评估的影响。

• 这些元认知评估可能是错误的，这可能导致次优的卸载行为。

卸载认知

对我们日常认知生活的片刻反思，揭示了人类认知与身体操控及物理环境中物体之间的密切关系。我们在试图感知模糊图像时会倾斜头部，在想象空间变换时会做手势，并且依赖智能手机和搜索引擎来存储和检索信息。换言之，我们常常借助身体和外部世界进行思考。这种为追求认知目标而灵活部署内部与外部过程的临时混合体的能力，很可能代表了在复杂环境中成为成功认知主体的一个决定性特征[1–4]。这些心智/身体/世界交互所提供的一项关键功能便是认知卸载（见术语表）——即使用物理行动来改变任务的信息处理需求，从而减少认知负荷（另见计算卸载[5]；认知行动[6]）。我们未受辅助的心智能力具有众所周知的局限性（例如，我们只能准确感知视野中相对较小的区域[7]，并且只能在记忆中保持有限数量的活跃信息[8]）。卸载认知帮助我们克服这些容量限制，最小化计算努力，并实现否则无法完成的认知成就。与这一观点一致，认知卸载已被证明能在多个领域中提高表现（例如，感知[9]、记忆[10]、算术[11]、计数[12]和空间推理[13]）。

“认知卸载”这一术语早已存在于认知科学家的概念库中，它所指称的现象也早已存在（例如，数字认知中的手指计数和算盘，用于记忆的结绳或奇普系统[14]）。然而，认知卸载本身很少成为系统性实验研究的对象。这种情况现在已经开始改变。这一变化是由于认知科学家对“更广泛”的认知概念日益增长的兴趣所推动的（例如，具身、嵌入、延展和分布式方法[2,3,15–20]）。此外，对认知卸载兴趣的增加，正值将认知卸载到技术假体上的机会达到某种狂热程度之时——其潜在后果（无论好坏）并未被公众忽视（“谷歌让我们变傻了吗？”[21]）。因此，对认知卸载的研究既提供了对认知物理分布性质的更深理解，也提供了对其在日常生活中的潜在使用（及滥用）的转化性见解。我们在此回顾了跨三个不同领域研究认知卸载的近期研究，聚焦于两个基本问题：(i) 哪些因素影响个体卸载认知与仅依赖内部过程的可能性，以及 (ii) 这种行为的认知后果是什么？

用身体思考

认知卸载可以大致细分为将认知需求卸载到身体上和卸载到世界中的行动。我们先讨论前者。近期认知科学研究聚焦于我们如何在“此时此地”主动使用身体来减少认知负荷。例如，我们用眼睛来索引空间中的位置[22]；我们用手指、指点或点头来标记顺序任务中的位置[12,23]；我们移动双手来外化思想[11,24,25]并模拟空间变换[13]；我们移动或转移身体来简化感知计算[9]。在上述每种情况中，行动都是在持续的认知行为背景下自发执行的，以产生某种形式的认知节省。

这类认知卸载的一个直接例子是外部归一化。例如，当个体遇到旋转的刺激物（如一本倾斜的书）时，他们常常物理性地倾斜头部以使其方向归一化。这种行为是外部归一化的一个实例，可以被视为一种卸载内部归一化的手段，内部归一化是一种内部转换（在此情况下为心理旋转），即将刺激的表征与记忆中存储的表征对齐[26,27,82]。实际上，外部归一化可以降低刺激旋转的成本[9]。理解认知卸载的主要任务之一是确定哪些因素影响某种外部手段是否被整合到特定认知行为的执行中。在外部归一化的背景下，关键因素之一是内部需求。具体而言，当显示器的方向更加倾斜或显示器中项目数量增加时，个体更有可能自发地进行物理旋转[9]。至关重要的是，这两种操作都增加了刺激旋转成本（即内部需求；该方法的一般描述见框1和图1A）。因此，随着与刺激旋转相关的内部需求增加，自发性外部归一化的可能性也随之增加。这一总体模式现已在多个领域中被观察到（例如，外部归一化[9]、前瞻性记忆[10]、短时记忆[28]、伴随语言的手势[29]和伴随思考的手势[13]；代表性示例见图2）。

术语表

认知卸载：使用物理行动来改变任务的信息处理需求，以减少认知负荷。

外部归一化：使用物理行动（例如，头部倾斜）来使刺激物与记忆中存储的表征对齐。

知道感：个体对自己是否能够检索特定信息所做出的预测。

意图卸载：在外部环境中创建线索，以触发延迟的意图。

内部归一化：使用内部转换（即，心理旋转）来使刺激物的内部表征与记忆中存储的表征对齐。

元认知：高阶思维，或“关于思考的思考”，以实现对自身心理过程的评估和控制。

斯特鲁普任务：一种反应时任务，涉及两个刺激维度之间的冲突（例如，词刺激的颜色和含义）。

交互记忆系统：一个由群体组成的记忆系统，该群体共同编码、存储和检索知识。

将认知卸载到世界中

如同将认知卸载到我们的身体上一样，将认知卸载到世界中也我们日常认知生活中无处不在的一部分[4,14,32,33]。我们将认知过程卸载到世界中的一个关键方式，是将其用作表征信息的存储库，从而消除了对内部表征的需求。例如，个体可能会写下来[28]、输入电脑[34,35]、素描[36]或以其他方式改变环境，以记录需要记住的信息[14,37]。我们将在下面讨论这方面的例子。

卸载记忆——前瞻性记忆

我们依赖记忆不仅是为了回忆过去的信息，也是为了在未来执行有意图的行为。我们记住延迟意图的能力被称为“前瞻性记忆”[38,39]。每个人都熟悉其易出错性：前瞻性记忆的失败可能占自我报告日常记忆问题的大多数[40]。使记住延迟意图特别困难的原因在于，在许多情况下，我们的意图并没有被环境中的感知线索有效触发，因此行动必须自我启动。因此，人们长期以来一直通过使用外部工具来提供可触发意图行动的感知线索以支持前瞻性记忆，这一点并不令人惊讶。例子包括在手帕上打结、在环境中放置提醒物（例如，便利贴或与任务相关的物品），或者——在近代——使用智能手机或可穿戴设备，这些设备可以提供基于时间、地点或人的提醒[41,42]。这种形式的认知卸载——即作用于环境以创建延迟意图的外部触发物——已被称之为意图卸载[10,43]。前瞻性记忆的实验室研究通常将我们将意图外包给外部工具的倾向视为一种噪声来源，这种噪声掩盖了“真正的”前瞻性记忆过程，并阻止了个体设置外部提醒（例如，[44]）。然而，意图卸载可能对我们记住现实世界中的意图能力至关重要，因此是一个重要的研究课题。这一过程在近期一系列行为[10,43]和神经成像[45]研究中得到了实证调查，如图1B所示。

与倾斜头部阅读旋转文本类似，意图卸载也受到原本必要的内部需求的影响（图2）。当个体记忆负荷增加或遇到干扰时，他们更有可能卸载意图；当卸载被阻止时，这两个因素都会损害表现[10]。然而，同样与外部归一化类似，意图卸载不仅由客观需求驱动，还受对需求的可能错误的元认知评估所影响。一项研究证明了这一点，在该研究中，个体在有和没有设置提醒能力的情况下记住延迟意图，同时也提供对其表现的预测。对自身记忆能力信心较低的个体更倾向于自发设置提醒，即使在控制了客观能力的任何影响之后（客观能力也预测了意图卸载[43]）。有趣的是，这种与元认知信心的关系是领域一般性的。当个体执行一个独立的感知判断任务（其中准确性通过阶梯程序保持恒定）时，对其感知判断信心较低的个体在意图卸载任务中设置了更多提醒[43]。因此，意图卸载不仅与客观能力的个体差异相关，还与领域特异性和领域一般性的元认知信心相关。

一旦个体选择卸载，对信息处理的影响是什么？在意图卸载的背景下，将信息放入外部环境带来了若干潜在好处。最显著的好处之一是，卸载的表征可能比内部存储的表征更持久，且更不容易失真，从而提高意图实现的可能性[10,43]。然而，值得注意的是，个体在这样做并没有带来客观准确性提高的条件下也会设置提醒[10,43]。这种情况也发生在外部归一化的背景下[9]。这种尽管对表现无益却仍进行卸载的倾向，可能源于(i)未察觉的表现收益，(ii)对认知努力的厌恶（框2），和/或(iii)错误的元认知信念，即认为卸载实际上会有益于表现。对后一种解释的支持来自近期一项检查短时记忆任务中卸载的研究[28]。参与者被允许卸载需要记忆的材料（即，通过将其写下来），并且当他们只需要记住两个项目时，约有40%的时间会这样做，而在这种记忆负荷下，即使不卸载，表现已经达到天花板。关键在于，个体在后一种条件下错误地判断卸载会提高他们的表现。因此，这种假定为多余的卸载（在多个领域中观察到）再次强调了元认知信念在认知卸载中的重要性。

卸载记忆——交互记忆

虽然迄今为止回顾的研究很少关注卸载的认知后果，但近期关于交互记忆的研究已将这一问题作为其主要焦点。在交互记忆系统中，知识分布在两个或更多个体之间，使得系统整体比任何一个个体知道得更多[46–48]。近期研究已将这种社会性分布记忆的概念扩展到人-技术交互记忆系统[34,49–52]。随着计算机和互联网的出现，我们可靠存储和（几乎）即时检索信息的能力已发生巨大变化。因此，我们现在可以将过去许多原本存储在内部的信息卸载出去。

为考察卸载可能损害我们记忆这一观点，在一项研究中，个体被呈现一系列琐事陈述进行记忆，并被要求将其输入计算机。此外，一半的个体预期信息会被保存，另一半预期会被删除[34]。回忆测试表明，后一组条件中的个体比前一组有更好的记忆。作者认为，记忆编码需求被卸载到外部存储上，导致在外部存储不可用时出现记忆损害（[34]；关于认知卸载的额外成本见框3）。有趣的是，这种基于卸载的记忆损害可能伴随对其他信息记忆的增强。例如，当个体保存了第一个词表时，它增强了对第二个词表的记忆[35]。作者认为，保存减少了第一个词表干扰第二个词表记忆的可能性（即减少了前摄干扰；另见[53]）。

在交互系统中卸载记忆需求在记忆要求方面并不是“免费通行证”。相反，交互记忆系统的一个定义性特征是从记住“什么”转向记住“在哪里”。例如，当你将关于会议的信息卸载到计算机上的文件时，你不再需要记住文件的内容，但你确实需要记住在哪里找到它。与这一观点一致的是，保存外部文件可以导致回忆在哪里找到信息的能力增强，但代价是记住其实际内容的能力下降（[34]；另见替代解释[53]）。类似地，当面临回忆记忆内容失败时，关于记忆位置的思考可以被相对自动地启动。一项研究证明了这一点，在该研究中，个体回答了简单或困难的琐事问题，然后完成了一个斯特鲁普任务的变体[34]。与互联网搜索引擎相关的词语所引发的斯特鲁普式干扰，在个体回答困难问题后比回答简单问题后有所增加，这与这些术语在个体思维中被启动相一致。

除了对记忆的影响外，作为人-技术交互记忆系统的一部分，还可能对元认知产生微妙的影响。例如，在线搜索关于某一主题的信息，可能导致个体在回答关于另一主题的问题时，相信自己拥有更多“头脑中”的知识，并产生更多的“大脑活动”[49]。在另一组独立的实验中，最近使用谷歌帮助完成测验的个体报告了更高水平的认知自尊。他们还预测自己在随后的测验中会表现更好，即使没有外部资源的帮助[50,51]。这些结果表明，参与人-互联网交互记忆系统可能导致个体模糊自身所知与互联网“所知”之间的界限。然而，这一结果并非在所有情况下都出现。在另一项研究中，参与者必须报告他们是否知道某一常识问题的答案。在一个条件下，如果参与者回答不知道答案，他们就会在互联网上查找。在第二个条件下，如果参与者回答不知道答案，他们就直接进入下一个问题。因此，参与者在一种条件下可以使用互联网，在另一种条件下无法使用。关键在于，当参与者知道他们随后可以使用互联网时，他们更倾向于回答“不知道”，并对琐事问题报告更低的知道感[52]。因此，在这种背景下，互联网访问降低了个体基于自身知识提供答案的意愿。综合来看，这项研究强调了认知卸载的机会可以影响较低层次的认知系统（例如，记忆）以及对这些系统的较高级元认知评估（例如，信心）。

延展心智的元认知

上述回顾的研究表明，关于认知卸载的理论化研究，可能受益于对触发认知卸载的过程及该行为后果的元认知方面的进一步考察。我们在此提供一个框架以支持这一努力（图3，关键图）。该框架描述了这样一种情境：存在两种或更多实现目标的方式，其中一种涉及认知卸载，另一种则不涉及。在这些情况下，卸载代表了实现某种认知目标的一种策略类型，并遵循一个策略选择阶段[54–58,83]。这一策略选择阶段受到对可用选项的元认知评估的影响（图3中的箭头A）。具体而言，它受到与内部策略和更“延展”的策略（即整合了外部身体或物理环境资源的策略）相关的元认知信念（涉及人、任务和策略）和元认知体验（例如，努力[30,32,59,60,83]）的影响。例如，当面临需要记住某条特定信息时，我们关于先前在内部（例如，元认知信心）和外部存储[43,61,62]方面成功经验的知识、我们关于特定外部存储可靠性的信念[35]，和/或一种流畅感的体验，都可能影响个体是将该信息内部存储还是将记忆需求卸载到世界中。该框架将更深入理解与认知卸载相关的元认知置于中心位置，并为未来研究开辟了几个有趣的途径（见待解决问题）。

值得注意的是，上述假设的策略选择阶段并不一定意味着个体意识到自己正在做出选择（关于该问题的讨论见[63,64]）。显然，存在一系列据称涉及认知卸载的情境，其中一些涉及有意识的深思熟虑，另一些则不涉及。例如，手势通常与认知卸载相关，但它可以在个体未必意识到的情况下发生。相比之下，在基于存储的知识导航与将一组坐标输入GPS设备之间做出选择，则更可能与深思和选择的现象学体验密切相关。因此，在所提出的框架内，一个重要的问题是考察不同形式的认知卸载在多大程度上涉及有意识的深思熟虑，以及这些情况如何相似或不同。

我们的框架也试图捕捉认知卸载对我们思维方式的下游效应。如上所述，近期研究表明，卸载认知的体验[49–51]以及卸载的机会[52]本身就可以改变我们对自身内部能力的思考（即我们的元认知；图3中的箭头B）。例如，将信息检索卸载到互联网上可能夸大我们对自己知识的评估[49–51]。此外，该研究表明，认知卸载对基本认知过程既有成本也有收益（图3中的箭头C）。例如，卸载需要记住的信息既可以辅助也可以损害从内部记忆存储中的检索[34,35]。还应注意的是，除了减少认知负荷外，卸载还可能从性质上改变思维、沟通和学习所涉及的过程，可能带来积极和消极的后果[13,14]。

这里提出的元认知框架也强调了卸载与触发该行为的机制之间的潜在交互作用。例如，决定依赖GPS设备还是依赖我们的内部记忆来定位朋友家的位置，将受到对每种方法相对准确性的信念的影响（这种计算可能倾向于前一种策略；箭头A）。将寻路卸载到更准确的GPS上的倾向，可能会减少我们对该位置的内部空间记忆（箭头C）[65–67]以及我们对其的元认知信心（箭头B），这反过来会增加我们未来选择依赖外部人工制品的可能性（箭头A）。因此，该模型预测了一种自我强化模式，当处于具有有效认知技术的环境中时，这将产生偏离对内部能力依赖的漂移（关于因纽特人寻路背景下这种漂移的示例见[68]）。理解这种漂移的长期认知后果是未来研究的一个重要领域。

实践启示

研究认知卸载具有明确的实践启示——我们在此强调其中两点。首先，未受辅助的认知能力受损的个体可能特别受益于认知卸载。如何鼓励那些最受益的人这样做[69]？本文提出的认知卸载元认知模型表明，补偿性卸载策略最有可能在对其障碍具有元认知意识的个体中被采用。这意味着在存在元认知困难的人群中可能面临挑战，例如在获得性脑损伤的情况下，个体对其能力的元认知评估——在一生中建立起来的——可能与受伤后的现实存在不匹配[70,71]。在此类情况下改善元认知洞察力，可能导致更适当的补偿性卸载[72]。

认知卸载研究具有重要实践启示的第二个普遍领域是教育[11,24,73,74]。长期以来，人们对教育干预和辅助工具的潜在效用一直感兴趣，这些工具允许儿童在学习过程中卸载部分认知需求（例如，教具[73,74]、计算器[75,76]）。例如，手势通过“减轻负荷”帮助儿童学习[11]，且有趣的是，这种益处似乎超过了通过将需求卸载到外部教具上所获得的益处[77]。后者表明需要考虑不同形式的卸载是否可能产生不同的教育后果。关键在于，卸载的任何益处都将取决于这样一个事实：被卸载的需求相对于学习目标而言是不必要的（关于学习中必要/内在/相关负荷与不必要/外在负荷之间相关区别，见[78]）。此外，重要的是，通过卸载所“节省”的内容被富有成效地重新分配，而不是被重新分配到多余的活动上（例如，有意走神[79]；在自动驾驶的情况下，框2呈现了一个类似的问题）。

结语与未来方向

认知卸载代表了人类如何利用身体和外部世界中的物体来帮助思考的典型例证之一。因此，理解这一现象为了解人类认知的分布式本质提供了一个窗口。从本综述中可以清楚地看出，卸载可以采取多种形式，但在不同领域中存在着共同的模式。特别是，上述回顾的证据表明，内部需求和对需求的元认知评估在卸载中起着关键作用。此外，认知卸载可能对我们的低层次认知能力和随后的元认知产生下游效应。我们已提出，该研究的一个重要未来方向将是更好地理解认知卸载所涉及的元认知过程，并且我们已提供了一个框架来指导这一努力。除元认知外，显然还需要更好地理解将需求卸载到各种技术（例如，计算机、互联网、GPS）上如何对我们的有机能力产生短期和长期的影响。随着我们的生活与这些技术在认知上日益纠缠，后者对于研究者和整个社会来说都代表着一个尤为紧迫的关注点。然而，开展这一必要的研究并非没有挑战。例如，研究认知卸载通常需要允许研究参与者移动身体、操作环境并与之交互。然而，认知科学中的方法传统上被设计为限制这种类型的自然行为[80,81]。因此，理解认知卸载将需要扩展认知科学家的方法论工具箱。尽管存在这一和其他挑战，未来研究认知卸载有望更深入地理解人类认知的定义性特征之一。

待解决问题

• 虽然大量研究聚焦于认知卸载对认知的短期影响，但关注潜在长期影响的研究要少得多。长期进行卸载如何影响我们未受辅助的心智能力（谷歌让我们变傻了吗）？它将如何影响我们对自己能力的元认知评估？

• 大多数研究认知卸载的工作聚焦于成年人。认知卸载策略在发展上如何出现，以及它们在整个生命周期中如何变化？

• 个体在卸载策略的使用上存在巨大的个体差异。个体在卸载认知决策上的差异在多大程度上是领域特异性的或领域一般性的？

• 认知卸载有多种形式。这些不同形式的卸载（例如，用纸笔书写与在计算机中存储笔记，从互联网检索信息与从朋友那里检索信息）在认知上是等价的吗？

• 哪些神经机制负责触发认知卸载策略，神经后果是什么？

• 鉴于卸载的潜在成本和收益，鼓励个体比当前更多或更少地进行卸载可能是有用的。哪些干预措施可以增加或减少个体参与认知卸载的倾向？

• 卸载策略可以说增强了我们的认知适应度，从而引发了关于它们在我们进化历史中作用的问题。例如，认知卸载的进化起源是什么？

• 其他物种是否参与认知卸载，如果是，它们如何参与？

• 认知系统是否对认知形式与非认知形式的努力存在固有偏见，还是系统在认知上是“公正的”（框2）？

原文链接：https://samgilbert.net/pubs/Risko2016TiCS.pdf